基于PLC智能停车场车位控制系统.docx
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基于PLC智能停车场车位控制系统
基于PLC智能停车场车位控制系统
本科生毕业论文
基于PLC的智能停车场车位控制系统设计
院系
专业电子信息工程自动化
研究方向基于PLC的工程控制
学生姓名
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指导教师姓名
指导教师职称
摘要
一种停车场车位控制系统的新设计该系统设计通过红外传感器光电开关PLC触摸屏PT177A同时运用STEP7编程软件和组态软件Winccflexible的有机结合将停车场的车位通过红外传感器检测PLC控制组态软件Winccflexible可自动完成车位信息采集管理和显示功能从而优化了停车场管理方便了用户泊车更满足了当今时代智能领域的可视化彰显人机结合的主题
关键词红外传感器PLC触摸屏PT177ASTEP7编程软件组态软件Winccflexible
Abstract
anewdesignofcontrolsystemofcarparkingspacesThesystemdesignbyinfraredsensorsphotoelectricswitchesPLCtouchscreenPT177aSTEP7programmingsoftwareandconfigurationsoftwareWinccflexiblecombinationcarparkingspacedetectionbyinfraredsensorPLCcontrolconfigurationsoftwareWinccflexiblecanautomaticallycompleteparkinginformationcollectionmanagementanddisplayfunctionstooptimizeparkingmanagementfacilitatestheusertoparkingMoretomeetthepresenteraofintelligencevisualizationhighlightthethemeofman-machinecombination
KeywordsinfraredsensorPLCtouchscreenPT177aSTEP7programmingsoftwareconfigurationsoftwareWinccflexible
目录第一章绪论1
11引言1
12智能停车场的现状1
第二章停车场控制系统控制要求2
21停车场控制系统简介2
22停车场控制系统要求2
第三章停车场控制系统硬件集成设计4
31光电开关4
com关简介4
com关的分类及术语解释4
com关的特点5
com电开关6
32红外测距系统7
com简介7
com测7
33信号采集电路8
34可编程序控制器9
第四章控制系统软件设计11
41STEP7编程软件概述11
comSTEP7软件组成及安装11
comS7-200CPU与STEP7-MicroWIN32的通信11
42停车场车位梯形图程序设计及分析12
com车位梯形图程序分析12
com车位梯形图程序14
43WinCCflexible组态软件概述15
comSIMATICHMI介绍15
comWinCCflexible系统概述16
44WinCCflexible组态控制系统17
comWinCCflexible组态的操作界面17
comWinCCflexible组态的主画面18
comWinCCflexible组态的用户管理界面19
comWinCCflexible组态的系统操作界面21
第五章总结22
参考文献23
致谢24
第一章[1]
构成一个停车场停车管理系统其中包括位于停车场扎实的管理控制器电动车位锁车位铺设和移动控制器管理控制器包括一个传感器接收模块逻辑控制电路和电路电源输出功率的电动车位锁边和驱动控制电路连接移动控制器与数据读写控驱动控制12智能停车场的现状
随着科技的进步电子技术计算机技术通讯技术不断地向各种领域渗透当今的停车场系统已经向智能型的方向转变先进可靠的停车场系统在停车场管理系统中的作用越来越大
第二章停车场控制系统控制要求
21停车场控制系统简介
现在的小区停车管理系统以实现准确地显示车辆出入让司机了解停车位和车辆进入总记录车辆的具体位置的准确数量在车辆离开后减少的数量车辆车辆进入和离开指指示完全由PLC作为中央控制处理停车场空位指示①在操作面板上设有SB1和SB2两个动合按钮其中SB1用来启动大门的控制系统SB2用于停止大门控制系统[2]
②用两种不同红外传感器检测车辆用红外传感器检测是否有车辆要进入大门当单位的车辆驶进大门时红外传感器的接收二极管检测到反射回来的信号时输出逻辑1信号则开启大门
③用光电开关检测车辆是否已经进入大门光电开关有发射头和接收头两部分组成发射头发出特定频谱的红外光束由接收头加以接收当红外光束被车辆遮住时接收头输出逻辑1当红外光束未被车辆遮住时接收头输出逻辑0当光电开关检测到车辆已经进入大门时则关闭大门
④门的上限装有限位开关SQ1门的下限装有限位开关SQ2
⑤门的上下运动由电动机驱动开门接触器KM1闭合时门打开关门接触器KM2闭合时关闭
⑥当车进入车库内可以随意找空车位进行泊车每个车位的最前侧装有红外传感器当车停靠到相应的车位时红外传感器的接收二极管检测到反射回来的信号时输出逻辑1信号此时在触摸屏上显示对应的车位满
⑦业主可以利用触摸屏方便直接的观察到车库内车位是否已满同时可以控制整个车库系统的启动和停止并且可以通过触摸屏了解该智能停车场车位控制系统的特点并在业主启动系统时必须通过触摸屏的用户登录方式登录这样增加了整个系统的保密性[3]
图2-1仓库大门检测系统
第三章停车场控制系统硬件集成设计
31光电开关
com关简介
光电传感器光电开关称为光电接近开关因为它使用块或反射的光束门电路检测电路检测有或无的对象所有对象不仅限于金属能反映光检测光电开关将输入电流转换成光信号发射机然后发射接收机根据接收到的光强度或是否检测的目标对象大多数的光电开关选择的波长接近可见光主要是红外光型[4]com关的分类及术语解释
光电开关分类
①镜反射式设立了一个发射器和接收器被反射到接收器的背面是由光电开关发射器检测的对象完全挡住了光光电开关检测开关信号发出的光
②对射式它包含在结构上相互分离光轴放置发射器和接收器发射器发出的光线直接进入接收器与发射器和接收器和挡光当对象经过后这个及时报告的光电开关检测开关信号因此检测的对象是不透明的通过束光电开关是最可靠的检测设备
③漫反射式它设立了一个发射器和接收器接收到反射回来的是由光电开关发射器检测的对象完全阻断光线发出的光被检测对象表面光滑光电开关检测开关其反射率很高的漫反射式光电开关检测的首选模式
④光纤式它采用玻璃光纤或塑料传感器来引导反射光线可以对距离远的被检测物体进行检测通常光纤式传感器分为漫反射式和对射式
⑤槽式发射机和接收机都位于两侧的U形槽并形成一个光轴光电开关是一个开关信号当检测对象是U形阻止透光槽式光电开关适合快速移动的物体的检测它可以区分半透明和透明物体使用高度安全和可靠的
光电开关是传感器家庭的重要成员之一其中光强度变化的发射器和接收端之间的电流变化的以实现检测光电开关输出回路和输入回路是经过电隔离的所以它可以应用在许多场合SMT表面贴装技术和光电开关集成电路技术制造出新一代光交换设备扩大延误可靠性高防干扰对方外部同步自动诊断和工作区域稳定和其他智能化的功能这种新颖的光电开关是脉冲调制的主动光学检测系统的电子开关它使用的红外光绿光蓝光和红光的冷光源可以非接触式的快速无损伤控制和使动作各类固体液体透明的身体黑色的身体柔软的身体和烟雾和其他物质
联络开关的精度的限制和响应速度接触检测缺点有容易损坏的试验材料和寿命短等从对短期晶体管接近开关的作用不能直接检测非金属材料然而新型光学开关克服了上述缺点而且体积小精度高寿命长功能多探测距离远响应速度快防光电磁干扰能力强
com关的特点
①对检测物体的限制少
②响应时间短
③分辨率高
④检测距离长如果在对射型中保留10m以上的检测距离等便能实现其他检测手段无法检测
⑤便于调整
⑥可实现非接触的检测⑦可实现颜com电开关
1红外发射电路多谐振荡器由时基电路U1NE555产生的振动频率40KHZ脉冲信号U13脚输出驱动红外发射管出发射40KHz的红外信号调整的W1电位器可以改变其输出频率由于发射管的不同参数灵敏度是不一样的调整电位器W2的排放L的电流可以改变的有效距离控制电路工作时即灵敏度
2红外接收控制电路被检进入探测区域在红外接收管N1的红外辐射并使其以适当的频率切断和传导并转换成相应的交流电压信号通过C2R4uA741负反馈电阻R5调整放大倍数是由调节运算放大器的放大倍数实现的uA7416LM567的放大信号LM567的频率译码器ASICPLLRC时间常数即这个频率是锁相译码器LM567的中心频率所以F调整W3的40kHz的频率的中心频率中心频率与接收到的传输频率一致在LM567的电路识别解码LM5678R6R7的扭转反向来实现输出高电平触发驱动器驱动负载作为一个红外脉冲调制发射器接收器频率选择性扩增技术的结果此电路具有高灵敏度和抗干扰能力强无环境光的干扰和道路是高度集成调整方便稳定可靠
图3-1红外光电开关原理图
32红外测距系统
com简介
近几年来红外辐射技术已成为一门迅速发展的新兴技术科学它已广泛应用于医学军事科研生产等各个领域红外辐射技术是发展测量技术空间科学技术和遥感技术的重要手段
红外辐射俗称红外线它是人眼看不见的一种光线但实际上它和其他任何光线都一样也是一种客观存在的物质任何物质只要它的湿度高于绝对零度就有红外线向周围空间辐射其波长介于可见光和微波之间在它的频谱范围内的波长对应的频率之间的红外线和可见光紫外线χ射线γ射线和微波无线电波一起构成整个无限连续的电磁波谱红外辐射分为四个区域红外技术近红外中红外远红外和远红外区域近红外中红外区域远红外区域这里所说的是指在电磁波谱的可视距离的红外辐射的距离
红外线在通过云雾等充满悬浮离子的物质时不易发生散射有较强的穿透能力还具有抗干扰能力强易于产生对环境影响小不会干扰临近的无线电设备的特点因而被广泛应用
红外光具有折射反射干涉吸收散射等特性能全部吸收投射到它表面的红外辐射的物体称为黑体能部分反射部分吸收的物体称为灰体能全部反射的物体称为镜体严格地意义上讲在自然界中不存在透明体和黑体镜体
目前红外发射器件发出的是峰值波长之间的近红外光线红外接收器件的受光峰值波长线为之间恰好与红外发光二极管的光峰值波长匹配
com测
红外线发射器和接收有两种一种是反射和第二个是直接的类型是指发射管和接收管绑在一起通常接收管一直都是没有光照的只在发光管的红外光遇到反射接收管收到反射回来的红外工作直接式是指以发光管和接收管相对放置在两个发射和控制对象的两端中间有一定的距离
图3-2红外检测电路
33信号采集电路
该系统采用LM358的分析传感器的检测信号LM358的内部包括两个独立的高增益内部频率补偿的双运算放大器适用于双电源操作模式也适用于在推荐工作条件下电源电压和宽范围的电源电压单电源使用电源是独立的电流其使用范围包括传感放大器音频放大器工业控制直流增益模块直流增益组件以及其他所有可用单电源运算放大器的场合
LM358的封装形式有贴片式和塑封8引线双列直插式直流电压增益高内部频率补偿单位增益频带宽电源电压范围宽低功耗电流双电源±15-±15V单电源3-30V适合于电池供电低输入失调失调电流和电压低输入偏流共模输入电压范围宽包括接地差模输入电压范围宽输出电压摆幅大等于电源电压范围
参数输入失调电流50nA输入偏置电流45nA输入共模电压最大值VCCcom源抑制比100dB共模抑制比80dBLM358采集信号原理图
34可编程序控制器
可编程逻辑控制器又被称为PLC是一个专门为在工业环境中应用数字运算操作的电子设备而设计的它的存储器可以被编程来执行逻辑运算用于其内部存储定时顺序运算算术和计数等操作指令并通过模拟或数字输入和输出控制各种类型的机械或生产过程有以下几个特点[5]
①功能强性能价格比高
小型PLC有上千个可以提供给用户编程组件可以实现非常复杂的控制功能与功能相同的中继系统相比它具有较高的性能价格比PLC也可以实现分散控制和集中管理通信网络
②编程方法简单易学
PLC最常用的编程语言为梯形图电路符号与继电器电路具有相似的原理图梯形图语言比较直观易学易用电气技术人员熟悉的中继电路花了几天到自己熟悉的梯形图语言用于编写用户程序梯形图语言实际上是一个面向用户的高层次语言对于PLC梯形图程序你应该用它来解释翻译成汇编语言然后执行
③硬件配套齐全用户使用方便适应性强
配备的各种硬件设备供用户选择标准化系列化模块化的灵活的系统配置不同大小的不同功能系统组成的全系列PLC产品PLC接线的安装也很方便一般使用终端连接外部接线在PLC的负载能力强可直接驱动电磁阀在一般的接触确定硬件配置你可以迅速适应工艺条件的变化通过修改用户程序
④可靠性高抗干扰能力强
传统的继电器控制系统采用了大量的时间继电器和中间继电器由于继电器控制系统接触的接触不良容易失败PLC采用的软件而不是大量的中间继电器和时间继电器只留下少量的输入和输出硬件故障造成接触不良由于接触大大减少PLC已采取了一系列的硬件和软件抗干扰措施具有很强的抗干扰能力平均无故障时间可达数万小时可直接用于工业生产现场有一个强大的干扰PLC已成为广大用户认为是最为可靠的工业控制设备之一
⑤系统的设计安装调试工作量少
PLC软件功能来取代继电器控制系统在很多时间继电器计数器中间继电器和其他设备控制柜的设计安装接线工作量大大减少PLC梯形图程序一般采用顺序控制设计法这种编程方法是很有规律的易于掌握对于一个复杂的控制系统梯形图的设计时间比继电器系统图的设计时间少得多PLC用户程序可以在实验室模拟调试模拟输入信号可以观察到PLC上输出一个开关信号发光二极管的状态
⑥体积小能耗低
对于控制系统的复杂PLC可以减少大量的时间继电器和中间继电器小型PLC的体积只相当于几个继电器大小可以将开关柜体积减少到12110PLC接线继电器控制系统布线要少得多因此可以节省大量的布线及配件降低了安装布线小时加上开关柜量减少可以显着的成本节约
⑦维修工作量小维修方便
PLC的故障率非常低和完美的自我诊断和显示功能PLC或外部输入装置和执行机构的失败你可以迅速根据发光二极管或编程在PLC提供资料以确定原因更换模块的方法来快速解决
目前生产PLC的厂家非常多如日本的欧姆龙日本的三菱德国的西门子法国施耐德和美国通用电气集团公司等而西门子的PLC具有系统配置即丰富的品种备有可自由选择编程简单固定又灵活无忧的高速运算高性能使用于多种特殊用途共同的外部设备和外部机器通讯简单化等特点满足搅拌站控制系统的需要因此选用西门子产品同时考虑输入输出点的数量具体如下
选择S7-226CPU模块一块这里我选用CPU226DC-DC-DC型号其具有24路数字量输入16路数字量输出
第四章控制系统软件设计
41STEP7编程软件概述
S7-200可编程控制器使用STEP7-MicroWIN32编程软件进行编程S7-200可编程控制器使用STEP7-MicroWIN32编程软件编程STEP7-MicroWIN32编程软件是一个功能强大的基于Windows的应用软件主要用于在开发过程中也可用于用户程序的执行状态进行及时监测和程序完成后在整个成品的接口操作[6]
comSTEP7软件组成及安装
操作系统Windows95以上的操作系统计算机配置IBM488MB以上VGA显示器至少50MB以上硬盘空间通信电缆用一条PCPPI电缆实现可编程控制器与计算机的通信
STEP7-MicroWIN32编程软件包括Microwin31MicrocomSP1ToolboxUss协议指令变频通信用TP070触摸屏的组态软件TpDesignerV10设计师工具箱以及Microwin311ChineseMicrowin311SP1和TpDesignerMicrowin311Chinese软件将编程软件的界面和帮助文件汉化步骤如下
1在光盘目录下找到mwin_service_pack_fromV31to311软件包按照安装向导进行操作把原来的英文版本的编程软件转换为311版本
2打开Chinese311目录双击setup按安装向导操作完成汉化补丁的安装
3完成安装
comS7-200CPU与STEP7-MicroWIN32
可以采用PCPPI电缆建立PC机与PLC之间的通信这是典型的单主机与PC机的连接不需要其他的硬件设备
PCPPI电缆的两端分别为RS-232和RS-485接口RS-232端连接到个人计算机RS-232通信口COM1或COM2接口上RS-485端接到S7-200CPU通信口上
硬件设置好后按下面的步骤设置通信参数[7]
1在STEP7-MicroWIN32运行时单击通信图标或从视图ViewCommunications则会出现一个通信对话框
2对话框中双击PCPPI电缆图标将出现PCPG接口的对话框
3单击属性Properties默认DefaultbsS7-200CPU的在线联系步骤如下
1在STEP7-MicroWIN32运行时单击通信图标或从视图ViewCommunicationsCPU主机
2双击对话框中的刷新图标STEP7-MicroWIN32编程软件将检查所连接的所有S7-200CPU站
3双击要进行通信的站在通信建立对话框中可以显示所选的通信参数
计算机与可编程控制器建立起在线连接后即可以利用软件检查设置和修改PLC的通信参数步骤如下
1单击浏览条中的系统块图标或从视图ViewSystemBlock42停车场车位梯形图程序设计及分析
com停车场车位梯形图程序分析
停车场车位控制系统PLC的IO配置
表4-1停车场车位控制系统PLC的IO配置
输入设备PLC输入继电器输出设备PLC输出继电器代号功能代号功能SB1启动大门控制系统按钮I00KM1门控电机正转Q00SB2停用大门控制系统按钮I01KM2门控电机反转Q01SA1红外传感检测开关I02车位1显示Q02SA2光电开关I03车位2显示Q03SQ1门上限开关I04车位3显示Q04SQ2门下限开关I05车位4显示Q05ST1车位1检测I06车位5显示Q06ST2车位2检测I07车位6显示Q07ST3车位3检测I10车位7显示Q10ST4车位4检测I11车位8显示Q11ST5车位5检测I12ST6车位6检测I13ST7车位7检测I14ST8车位8检测I15整个系统的工作过程
按下车库大门控制系统按钮SB1输入继com同时M00构成自锁电路当有车辆驶进大门时红外线传感器开关SA1接通输入继电I02得电I02闭合Q02得电QO0断开使得Q01不能得电互锁KM1得电吸合主触点闭合电动机驱动大门打开同时Q00闭合后构成自锁当门开启到顶端碰到上限行程开SQ1时SQ1闭合输入继电器IO4得电常闭触电吸合常开触点断开Q00失电KM1失电释放主触点断开大门停止运行同时Q00复位断开解除自锁[8]
当车辆前端进入大门时光电开关SA2输出逻辑1输入继电器I03得电常开触点闭合当输入继电器I03失电com个扫描周期输出继电器Q01常开触电得电KM2得电吸合主触点闭合电动机驱动大门关闭同时Q01的常闭触电断开使得Q00不能得电互锁网络4构成自锁M00得电当门关闭到底碰下限为行程开关SQ2时SQ2闭合输入继电器I05得电常开触点断开Q01失电KM2失电主触点断开大门停止运行
当按下停止大门控制系统按钮SB2输入继电器I01动断触点断开内部辅助寄存器M00断开其动合触电均断开从而使输出继com通因此大门不会动作[9]
com车位梯形图程序
图4-1停车场车位梯形图程序
43WinCCflexible组态软件概述
comSIMATICHMI介绍
在现场工程日益复杂的环境中机械和设备的功能的增加需求是必不可少的操作人机界面又称作为HMI提供这样的透明度HMI是人经营者和过程机械设备之间的接口PLC是控制过程中的实际单位因此经营者和在WinCCflexible位于HMI设备端之间与PLC和WinCCflexible和接口
HMI系统承担下列任务
1过程被操作员控制
操作员通过GUI图形用户界面控制过程例如操作者可以预设控制的参考值或启动电机
2显示在HMI设备上的可视化过程
根据过程变化动态更新来实现HMI设备上的画面这基于过程的变化
3过程和设备的参数管理
HMI系统可以将过程和设备的参数存储在配方中例如可以一次性将这些参数从HMI设备下载到PLC以便改变产品版本进行生产
4归档过程值和报警
记录报警和过程值也由HMI系统组织记录过程值序列就使用该功能同时检索生产数据与其相对比
5显示报警
临界状态的过程中会自动触发报警例如当超过设定值
6过程值和报警记录
报警和过程值报表也是用HMI系统输出例如打印输出生产数据在某一轮班结束
SIMATIC人机界面提供了一个监测任务的各种形式的经营者完全集成的单源系统与SIMATICHMI你总是可以控制的过程和机械设备连续运行设备类的小触摸面板是一个简单的SIMATICHMI系统的应用实例SIMATICHMI系统监控生产厂的产品代表了高端性能范围它们包括高性能的客户机服务器系统前瞻性面向机器的HMI软件WinCC的灵活自动化的概念它有一个舒适高效的设计WinCC的灵活组合具有以下优点方法直接透明度灵活性[11]
comWinCCflexible系统概述
com1WinCCflexible的组件
1WinCCflexible工程系统
WinCCflexible工程系统用来处理所有基本任务组态的软件
2WinCCflexible运行系统
通常用于过程可视化软件WinCCflexible运行在正在运行的系统可以执行项目过程模式
3WinCCflexible选件
WinCCflexible选件可以扩展WinCCflexible的标准功能每个选件需要一个单独的许可证
com2WinCCflexible工程系统
图4-2WinCCflexible工程系统
WinCCflexible是用于所有组态任务的工程系统WinCCflexible采用模块化的设计随着版本的逐步升高所支持的设备范围以及WinCCflexible的功能都得到了扩展您也可以通过Powerpack程序包将项目移植到更高版本中
WinCCflexible包括了性能从MicroPanel到简单的PC可视化的一系列产品因此WinCCProTool系列的产品和TPDesigner相媲美您可以将现有的ProTool项目集成到WinCCflexible中
44WinCCflexible组态控制系统
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